WO2012176800A1 - 画像表示装置 - Google Patents

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WO2012176800A1
WO2012176800A1 PCT/JP2012/065729 JP2012065729W WO2012176800A1 WO 2012176800 A1 WO2012176800 A1 WO 2012176800A1 JP 2012065729 W JP2012065729 W JP 2012065729W WO 2012176800 A1 WO2012176800 A1 WO 2012176800A1
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image display
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sub
display device
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慎司 中川
宮田　英利
古川　浩之
吉山　和良
吉田　育弘
柳　俊洋
中野　武俊
大和　朝日
健 稲田
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シャープ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an image display device, and more particularly to an image display device in which one pixel is composed of four or more sub-pixels including at least one color other than the three primary colors.
  • International Publication No. 2006/018926 discloses a so-called multi-primary color image display apparatus that includes colors other than the three primary colors of RGB in sub-pixels.
  • this image display apparatus in addition to the three primary colors of RGB, a total of four or more subpixels including at least one subpixel of cyan (Cy), magenta (Mg), or yellow (Ye) constitute one pixel. It is composed.
  • an image display device in which pixels are configured by sub-pixels of four or more colors including colors other than the three primary colors, and high-quality image display in which false colors and artifacts are suppressed is possible.
  • An image display device is disclosed.
  • the image display device disclosed below has a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, and each of the pixels is composed of m (m is an integer of 4 or more) sub-pixels. Further, in this image display device, when the colors of m sub-pixels constituting one pixel are expressed as C1, C2,..., Cm, m continuous from an arbitrary position in the pixel region.
  • the subpixels include all the colors C1, C2,..., Cm in both the vertical direction and the horizontal direction.
  • an image display apparatus with which the pixel was comprised from the sub pixel of four or more colors including colors other than three primary colors, Comprising: The image which can display the high quality image in which the false color and the artifact were suppressed A display device can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a pixel arrangement in a display area of the image display apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a pixel arrangement in the display area of the image display apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of image processing in the conventional sub-pixel rendering.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of an image having the highest frequency in the horizontal direction as an example of a high-resolution input image.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a state when a high-resolution input image is displayed by sub-pixel rendering in the image display apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which the high-resolution input image of FIG.
  • FIG. 4 is displayed by sub-pixel rendering in an image display device having a sub-pixel arrangement different from that of the image display device of the present embodiment as a comparative example. It is.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an arrangement of virtual pixel groups of the image display apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an arrangement of virtual pixel groups of the image display apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration for performing sub-pixel rendering in the image display apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an internal configuration of the rendering processing unit shown in FIG.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of an image having the highest frequency in the horizontal direction as an example of a high-resolution input image.
  • FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a state in which a high-resolution input image is displayed by subpixel rendering in the image display apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 13 shows, as a comparative example, a state in which the high-resolution input image of FIG. 11 is displayed by sub-pixel rendering in an image display device having a sub-pixel arrangement different from that of the image display device of the second embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a pixel arrangement in the display area of the image display apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a pixel arrangement in the display area of the image display apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 16A is a schematic diagram illustrating a pixel array according to the first embodiment.
  • FIG. 16B is a schematic diagram illustrating a state in which an image of color A is displayed with the pixel arrangement according to the first embodiment.
  • FIG. 16C is a schematic diagram illustrating a state in which a checker pattern is displayed in the pixel array of the first embodiment.
  • FIG. 17A is a schematic diagram illustrating a pixel array according to the third embodiment.
  • FIG. 17B is a schematic diagram illustrating a state in which an image of color A is displayed with the pixel array according to the third embodiment.
  • FIG. 17C is a schematic diagram illustrating a state in which a checker pattern is displayed in the pixel array of the third embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a pixel arrangement in the display area of the image display apparatus according to the fourth embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a pixel arrangement in the display area of the image display apparatus according to the fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a pixel arrangement in the display area of the image display apparatus according to the fourth embodiment.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating an example of an image having the highest frequency in the horizontal direction as an example of a high-resolution input image.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a state in which a high-resolution input image is displayed by sub-pixel rendering in the image display apparatus according to the fourth embodiment.
  • FIG. 22 shows, as a comparative example, a state in which the high-resolution input image of FIG. 20 is displayed by sub-pixel rendering in an image display device having a sub-pixel arrangement different from that of the image display device of the fourth embodiment. It is a schematic diagram.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating an example of an image having the highest frequency in the horizontal direction as an example of a high-resolution input image.
  • FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a state in which a high-resolution input image is displayed by sub-pixel rendering in the image display
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing an arrangement of sub-pixels in a unit pixel group in a pixel region, which is a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 24 is a schematic diagram showing an arrangement of sub-pixels in a unit pixel group in the pixel area, which is a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 25 is a schematic diagram showing an arrangement of sub-pixels in a unit pixel group in the pixel area, which is a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration for performing sub-pixel rendering in the image display apparatus according to the fifth embodiment.
  • FIG. 27 is a block diagram showing an internal configuration of the rendering processing unit shown in FIG.
  • An image display device has a pixel region in which a plurality of pixels are arranged in a matrix, and each of the pixels is configured by m (m is an integer of 4 or more) sub-pixels.
  • m is an integer of 4 or more sub-pixels.
  • the colors (C1, C2,..., Cm) of the m sub-pixels constituting one pixel may be different from each other, or some colors may overlap.
  • m sub-pixels continuous from an arbitrary position include all the colors C1, C2,..., Cm in both the vertical direction and the horizontal direction.
  • the image display device In the image display device according to the first configuration, among the C1, C2,..., Cm, subpixels of colors belonging to a group having a relatively high luminance are arranged at equal intervals in the pixel region. It is preferable (second configuration). According to this configuration, a high frequency signal can be faithfully reproduced.
  • the subpixels of colors belonging to a group having relatively high luminance are arranged so as not to be equally spaced in the pixel region. It is also preferable (third configuration). According to this configuration, since the arrangement of the sub-pixels is random, there is an advantage that the arrangement of the sub-pixels is not noticeable.
  • an image having a resolution higher than the number of pixels in the pixel area is input, and gradation data of the input image is assigned to a corresponding sub-pixel.
  • An image processing unit is preferably provided (fourth configuration). Such image processing is called sub-pixel rendering. According to this configuration, an input image having a higher resolution than the number of pixels in the pixel area can be displayed without generating false colors or artifacts.
  • the image processing unit includes a high-frequency signal extraction unit that determines whether the input image has a high-frequency signal in a specific direction, and a high-frequency signal. It is preferable to include a rendering processing unit that assigns gradation data of an input image to sub-pixels so as to retain the resolution in the determined direction (fifth configuration). According to this configuration, it is possible to display an input image having a higher resolution than the number of pixels in the pixel area without generating false colors or artifacts while maintaining the resolution in the direction including the high-frequency signal.
  • the high-frequency signal extraction unit includes a plurality of high-pass filters
  • the rendering processing unit weights each of the plurality of high-pass filters based on outputs of the plurality of high-pass filters.
  • a configuration including a weight calculation unit that calculates a count, an integration unit that integrates the weighting coefficient with outputs from each of the plurality of high-pass filters, and a synthesis processing unit that combines the integration results of the integration unit. Is preferable (sixth configuration).
  • the image processing unit further includes a plurality of low-pass filters paired with the plurality of high-pass filters of the high-frequency signal extraction unit, and the integrating unit includes the weight More preferably, the coefficient is added to the output from each of the plurality of high-pass filters and the output from each of the plurality of low-pass filters (seventh configuration).
  • m is preferably 4 (eighth configuration).
  • a configuration in which m is 6 is also preferable (9th configuration).
  • the colors C1, C2,..., Cm include three primary colors of red, green, and blue (tenth configuration). Furthermore, in the image display device according to the tenth configuration, it is preferable that the colors C1, C2,..., Cm further include at least one of cyan, magenta, yellow, and white (11th). Configuration).
  • the image display device can be implemented as a liquid crystal display device including a liquid crystal panel in which the pixel region is formed.
  • the image display device according to the present embodiment can be configured as a liquid crystal display device, for example.
  • the type of the image display device is not limited to the liquid crystal display device.
  • the present invention can be implemented by any kind of image display device on the condition that one pixel is composed of four or more subpixels and display control can be performed in units of subpixels.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a pixel arrangement in a display area of the image display apparatus according to the first embodiment.
  • the image display apparatus of this embodiment has a plurality of pixels in the display area.
  • the boundary of the pixel P is indicated by a thin solid line.
  • the pixel P is composed of a total of four sub-pixels, two in the vertical direction and two in the horizontal direction.
  • the boundary of the sub-pixel SP is indicated by a broken line.
  • the color of the sub-pixel SP is represented by four symbols (A, b, C, d).
  • a range surrounded by a thick solid line in FIG. 1 indicates a unit pixel group PG composed of four pixels P, which will be described later.
  • the four colors of the sub-pixel SP preferably include red (R), green (G), and blue (B), which are known as the three primary colors of light.
  • the remaining one color for example, yellow (Ye), cyan (Cy), magenta (Mg), or white (W) can be used.
  • the remaining one color may be selected from the three primary colors (R, G, or B).
  • the remaining one color may be the three primary colors (R, G, or B) with different brightness and saturation.
  • the color of the sub-pixel SP is not limited to the example given here, and any combination can be adopted according to the color reproduction range required by the image display device, the object color to be displayed, and the like. .
  • the color of the sub pixel is determined by the color of the color filter stacked on each sub pixel.
  • the color A and the color C represented by capital letters are groups having relatively higher luminance than the colors b and d.
  • R, G, B, and Ye are used as the four colors of the sub-pixel SP, G and Ye belong to the A and C groups, and R and B belong to the b and d groups. It is.
  • a total of four pixels P, two in the vertical direction and two in the horizontal direction, constitute one unit pixel group PG. That is, the unit pixel group PG is repeatedly arranged in the vertical direction and the horizontal direction in the display area of the image display apparatus according to the first embodiment.
  • the four pixels constituting the unit pixel group PG are represented as pixels P1 to P4 as shown in FIG.
  • the pixels P1 to P4 constituting the unit pixel group PG1 the pixel P1 and the pixel P3 that are positioned diagonally to each other have the same sub-pixel arrangement.
  • the pixel P2 and the pixel P4 have the same sub-pixel arrangement.
  • subpixels of colors A, b, C, and d are arranged clockwise from the upper left.
  • subpixels of colors C, d, A, and b are arranged clockwise from the upper left.
  • the image display device When the sub-pixels are arranged as described above, as shown in FIG. 2, in the image display device according to the present embodiment, four sub-pixels continuous from an arbitrary position are arranged in both the vertical direction and the horizontal direction.
  • the four colors A, b, C, and d are necessarily included. Further, the color A and the color C are not adjacent to each other in either the vertical direction or the horizontal direction. As described above, since the relatively bright colors A and C are arranged at equal intervals, there is an advantage that it is effective for faithful reproduction of a high frequency signal.
  • Sub-pixel rendering is a method for displaying an image having a resolution equal to or higher than the number of pixels of the display device.
  • the sub-pixel rendering process is executed by an image processing unit included in the image display device.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a state of image processing in sub-pixel rendering.
  • image data of four colors A, b, C, and d vertical V pixels and horizontal H pixels are input, these are converted into vertical (V / 2) pixels and horizontal directions.
  • This is an example of display on an image display device with (H / 2) pixels.
  • the subpixels SP1 to SP4 of the image display device from the pixels at positions corresponding to the subpixels out of a total of four pixels of two pixels in the vertical direction and two pixels in the horizontal direction of the input image data.
  • the gradation data of the same color as each sub-pixel is supplied.
  • the gradation data of the color A of the pixel located at the upper left among the four pixels of the input image is transferred to the sub-pixel SP1.
  • the gradation data of the color b of the pixel located at the upper right among the four pixels of the input image is supplied to the sub pixel SP2 of the color b located at the upper right in the pixel P.
  • the gradation data of the color C of the pixel located at the lower right of the four pixels of the input image is supplied to the sub pixel SP3 of the color C located at the lower right in the pixel P.
  • the gradation data of the color d of the pixel located at the lower left of the four pixels of the input image is supplied to the sub pixel SP4 of the color C located at the lower left in the pixel P.
  • an input image having a resolution of V ⁇ H pixels can be displayed on a display device having a resolution of 1 ⁇ 4 (V / 2) ⁇ (H / 2) pixels.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an example of an image having the highest frequency in the horizontal direction (a stripe image displaying black and white every other pixel parallel to the vertical direction) as an example of a high-resolution input image.
  • the hatched area is a black display portion.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which this high-resolution input image is displayed by sub-pixel rendering in the image display apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a state in which the high-resolution input image of FIG. 4 is displayed by sub-pixel rendering in an image display device having a sub-pixel arrangement different from that of the image display device of the present embodiment as a comparative example. It is.
  • the image display apparatus When the input image shown in FIG. 4 is given, the image display apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 5, performs sub-pixel rendering to display the upper left and lower left of the four sub-pixels constituting one pixel.
  • the sub pixel displays the highest gradation level
  • the upper right and lower right sub pixels display the lowest gradation level. Therefore, the colors A, d, C, and b appear periodically in the vertical direction.
  • the vertical lines appear to human eyes as colors A, d, C, and b are mixed, they are recognized as white lines and no false color is generated.
  • FIG. 7 and 8 are schematic views showing the arrangement of virtual pixel groups of the image display apparatus according to the second embodiment.
  • the image display apparatus according to the present embodiment differs from the first embodiment in the subpixel rendering method.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the configuration of virtual pixels when the horizontal resolution is maintained as the resolution of the input image.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating the configuration of virtual pixels when the vertical resolution is maintained as the resolution of the input image.
  • the virtual pixel VP1 is configured by three sub-pixels of colors d, C, and b that are continuous in the vertical direction, and is configured by three sub-pixels of colors b, A, and d that are also continuous in the vertical direction.
  • the input image is rendered on two types of virtual pixels, which are the virtual pixel VP2 to be processed.
  • the virtual pixel VP1 is composed of three sub-pixels of colors d, C, and b that are continuous in the horizontal direction, and is composed of three sub-pixels of colors b, A, and d that are also consecutive in the horizontal direction.
  • the input image is rendered on two types of virtual pixels, which are the virtual pixel VP2 to be processed.
  • two types of virtual pixel arrangements for holding the horizontal resolution or the vertical resolution are illustrated. However, in addition to these, it is also possible to employ a virtual pixel arrangement for maintaining the resolution in the oblique direction.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration for performing sub-pixel rendering in the image display apparatus according to the present embodiment.
  • the image display apparatus according to the present embodiment inputs four color input images (V ⁇ H pixels) and displays them in a pixel region of (V / 2) ⁇ (H / 2).
  • the image processing unit 100 is provided for outputting the image.
  • the image processing unit 100 includes a ⁇ correction unit 101, a low-pass filter (LPF) 102, a luminance conversion unit 103, a high-pass filter (HPF) unit 104, a rendering processing unit 105, and an inverse ⁇ correction unit 106.
  • LPF low-pass filter
  • HPF high-pass filter
  • the input image signal is subjected to ⁇ correction processing by the ⁇ correction unit 101.
  • the image signal subjected to the ⁇ correction processing is sent to the LPF 102 and the luminance conversion unit 103, respectively.
  • the LPF 102 extracts a low frequency component from the input image signal.
  • the extracted low frequency component includes a color component.
  • the extracted low frequency component is sent to the rendering processing unit 105.
  • the luminance conversion unit 103 converts the input image signals of four colors into luminance signals and sends them to the HPF unit 104.
  • the HPF unit 104 includes a plurality of high-pass filters (HPF1 to HPFn: n is an integer of 2 or more), and extracts high-frequency components in a plurality of directions such as a horizontal direction, a vertical direction, and an oblique direction from the input image signal.
  • n 2
  • high frequency components in two directions, the horizontal direction and the vertical direction may be extracted.
  • the output absolute value of the high-pass filter corresponding to that direction becomes large. Therefore, by comparing the outputs of a plurality of high-pass filters in the HPF unit 104, it is possible to determine which direction contains a lot of high-frequency components, in other words, which direction image reproduction should be emphasized.
  • the rendering processing unit 105 assigns a luminance signal to the virtual pixel according to the magnitude of the output absolute value of each high-pass filter in the HPF unit 104.
  • HPF1 extracts high-frequency components in the vertical direction and HPF2 extracts in the horizontal direction.
  • the rendering processing unit 105 assigns luminance signals so that the virtual pixel group shown in FIG. 8 is realized.
  • the rendering processing unit 105 assigns luminance signals so that the virtual pixel group shown in FIG. 7 is realized.
  • FIG. 10 is a block diagram showing an internal configuration of the rendering processing unit 105.
  • the rendering processing unit 105 includes a weight calculation unit 107.
  • the weight calculation unit 107 compares outputs from a plurality of high-pass filters (HPF1 to HPFn) of the HPF unit 104, and calculates weight coefficients (w1 to wn) to be given to the outputs from these high-pass filters.
  • the weighting coefficient calculated by the weight calculation unit 107 is integrated with the output from each high-pass filter.
  • the reduction processing unit 109 performs reduction processing on the output from the LPF 102 (low-frequency side signal including color components). Then, the result is combined with the result obtained by adding the weighting factor to the output from the high-pass filter in the combining processing unit 108.
  • the processing result by the synthesis processing unit 108 is sent to the inverse ⁇ correction unit 106 and subjected to inverse ⁇ correction. With the above process, the sub-pixel rendering process is completed.
  • the input image has four colors and the output image has four colors has been described.
  • a block that converts an input image of three primary colors into four colors (three primary colors and another one color) is shown.
  • the image processing unit 100 may be added.
  • FIG. 11 is a schematic diagram illustrating an example of an image having the highest frequency in the horizontal direction as an example of a high-resolution input image.
  • a portion indicated by hatching with dense diagonal lines is a black display portion
  • a portion indicated by sparse hatching is a halftone display portion.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a state in which this high-resolution input image is displayed by subpixel rendering in the image display apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram showing a state in which the high-resolution input image of FIG. 11 is displayed by sub-pixel rendering in an image display device having a sub-pixel arrangement different from that of the image display device of this embodiment as a comparative example. It is.
  • the image display device of the present embodiment it is detected whether there are many high frequency components in the vertical direction or the horizontal direction, and sub-pixel rendering is performed so as to hold the number of pixels in the direction with many high frequency components. Further, as shown in FIGS. 7 and 8, since rendering is performed on a virtual pixel composed of three sub-pixels, a resolution equivalent to the number of pixels can be expressed even in a direction where there are few high-frequency components.
  • the image display device according to the third embodiment is different from the image display device according to the first embodiment in the arrangement of sub-pixels.
  • FIGS. 14 and 15 are schematic views showing the pixel arrangement in the display area of the image display apparatus according to the present embodiment.
  • one pixel P is composed of four subpixels SP, and the four pixels P constitute a unit pixel group PG. This is the same as in the first embodiment.
  • the image display apparatus is different from the first embodiment in that the arrangement of sub-pixels in the four pixels included in the unit pixel group PG is different from each other. That is, as shown in FIG. 1, in the first embodiment, among the pixels P1 to P4 included in the unit pixel group PG, the pixels P1 and P3 located in the diagonal direction have the same sub-pixel arrangement. It was. The pixel P2 and the pixel P4 also have the same sub-pixel arrangement.
  • the pixel P1 has sub-pixels of colors A, b, C, and d arranged in the clockwise direction from the upper left, and the pixel P2 has the clock from the upper left.
  • sub-pixels of colors C, d, A, and b are arranged.
  • the pixel P3 has subpixels of colors d, C, b, and A arranged clockwise from the upper left, and the pixel P4 has subpixels of colors b, A, d, and C arranged clockwise from the upper left.
  • the subpixels (colors A and C) with high luminance are not distributed at equal intervals.
  • the color A sub-pixel and the color C sub-pixel are continuously arranged in an oblique direction (downward left direction).
  • neither color A nor color C is continuous even in the oblique direction.
  • the sub-pixel of color b and the sub-pixel of color d are continuously arranged in the right-down direction.
  • FIGS. 16A to 16C are schematic diagrams showing the pixel arrangement of the first embodiment, a state in which an image of color A is displayed with this pixel arrangement, and a state in which a checker pattern is displayed.
  • FIGS. 17A to 17C are schematic diagrams illustrating the pixel arrangement according to the third embodiment, a state in which a single color A image is displayed using this pixel arrangement, and a state in which a checker pattern is displayed, respectively.
  • FIG. 18 and FIG. 19 are schematic diagrams illustrating pixel arrangements in the display area of the image display device according to the fourth embodiment. As shown in FIGS. 18 and 19, in the image display apparatus according to the present embodiment, one pixel P is composed of six sub-pixels SP, and the six pixels P constitute a unit pixel group PG. This is different from the first embodiment.
  • one unit pixel group PG is composed of pixels P1 to P6 clockwise from the upper left.
  • the pixel P1 is composed of six sub-pixels of colors A, b, C, f, E, and d clockwise from the upper left.
  • the pixel P2 is composed of six sub-pixels of colors d, E, f, C, b, and A, clockwise from the upper left.
  • the pixel P3 is composed of six sub-pixels of colors f, A, b, E, d, and C, clockwise from the upper left.
  • the pixel P4 is composed of six sub-pixels of colors b, C, d, A, f, and E, clockwise from the upper left.
  • the pixel P5 is composed of six sub-pixels of colors E, f, A, d, C, and b from the upper left in the clockwise direction.
  • the pixel P6 is composed of six sub-pixels of colors C, d, E, b, A, and f from the upper left in the clockwise direction.
  • the colors A, C, and E are groups of colors having higher luminance than the colors bd and f.
  • the colors A, b, C, d, E, and f preferably include red (R), green (G), and blue (B), which are known as the three primary colors of light.
  • red (R), green (G), and blue (B) which are known as the three primary colors of light.
  • yellow (Ye), cyan (Cy), magenta (Mg), or white (W) can be used as the remaining three colors.
  • the remaining three colors may be selected from the three primary colors (R, G, or B).
  • the remaining three colors may be selected from three primary colors (R, G, or B) with different brightness and saturation.
  • R, G, B, Ye, Cy, and Mg are used as the four colors of the sub-pixel SP
  • G, Ye, and Cy belong to the groups A, C, and E, and b, d, and f R, B, and Mg belong to this group.
  • the color of the sub-pixel SP is not limited to the example given here, and any combination can be adopted according to the color reproduction range required by the image display device, the object color to be displayed, and the like.
  • the color of the sub pixel is determined by the color of the color filter stacked on each sub pixel.
  • FIG. 20 is a schematic diagram illustrating an example of an image having the highest frequency in the horizontal direction as an example of a high-resolution input image.
  • FIG. 21 is a schematic diagram showing a state in which this high-resolution input image is displayed by sub-pixel rendering in the image display apparatus of the present embodiment.
  • FIG. 22 is a schematic diagram showing a state in which the high-resolution input image of FIG. 20 is displayed by sub-pixel rendering in an image display device having a sub-pixel arrangement different from that of the image display device of the present embodiment as a comparative example. It is.
  • the image display apparatus of this embodiment shows all six colors of the sub-pixels as six colors that are continuous in the vertical direction. As a result, the vertical line appears white to human eyes, and no false color is generated.
  • the image display device has only the color A and the color d or only the color C and the color f in the vertical direction as shown in FIG.
  • the vertical line is recognized as a mixed color of the color A and the color d, a mixed color of the color C and the color f, or a mixed color of the color b and the color E, and a false color is generated.
  • the arrangement of subpixels in the unit pixel group of the pixel area may be the pattern shown in FIGS. 23 to 25, and the same effect as described above can be obtained.
  • the example of FIG. 23 is a pattern in which the upper and lower sub-pixel columns in the pixel P3 and the pixel P5 are interchanged in the unit pixel group shown in FIG. That is, in this example, the pixel P3 is composed of six sub-pixels of colors C, d, E, b, A, and f from the upper left in the clockwise direction.
  • the pixel P5 is composed of six sub-pixels of colors f, A, b, E, d, and C, clockwise from the upper left.
  • the example of FIG. 24 is a pattern in which the row direction and the column direction are interchanged in the unit pixel group arrangement shown in FIG.
  • the example of FIG. 25 is a pattern in which the left and right of the sub-pixels in the middle pixel in the horizontal direction are switched in the unit pixel group shown in FIG.
  • the subpixels (colors A, C, E) with high luminance are arranged at equal intervals, which is advantageous for faithful reproduction of high-frequency signals.
  • FIG. 23 or FIG. 25 according to the pattern in which the arrangement of the subpixels (colors A, C, E) with high luminance is not equally spaced, generation of false colors is more effective. Can be suppressed.
  • FIG. 26 is a block diagram illustrating a configuration for performing sub-pixel rendering in the image display apparatus according to the present embodiment.
  • the image display apparatus according to the present embodiment inputs four color input images (V ⁇ H pixels) and displays them in a pixel region of (V / 2) ⁇ (H / 2).
  • the image processing unit 200 is provided for outputting the image.
  • the image processing unit 200 includes a ⁇ correction unit 101, a luminance conversion unit 103, a high-pass filter (HPF) unit 104, a low-pass filter (LPF) unit 204, a rendering processing unit 205, and an inverse ⁇ correction unit 106.
  • HPF high-pass filter
  • LPF low-pass filter
  • the input image signal is subjected to ⁇ correction processing by the ⁇ correction unit 101.
  • the image signal subjected to the ⁇ correction processing is sent to the LPF unit 204 and the luminance conversion unit 103, respectively.
  • the extracted low frequency component includes a color component.
  • the extracted low frequency component is sent to the rendering processing unit 205.
  • the luminance conversion unit 103 converts the input image signals of four colors into luminance signals and sends them to the HPF unit 104.
  • the HPF unit 104 includes the same number of high-pass filters as the n low-pass filters LPF1 to LPFn of the LPF unit 204 (HPF1 to HPFn: n is an integer of 2 or more). These high-pass filters extract high-frequency components in a plurality of directions such as a horizontal direction, a vertical direction, and an oblique direction from an input image signal. When there are many high frequency components in a specific direction in the input image signal, the output absolute value of the high-pass filter corresponding to that direction becomes large. Therefore, by comparing the outputs of a plurality of high-pass filters in the HPF unit 104, it is possible to determine which direction contains a lot of high-frequency components, in other words, which direction image reproduction should be emphasized.
  • FIG. 27 is a block diagram showing an internal configuration of the rendering processing unit 205.
  • the weight calculation unit 107 of the rendering processing unit 205 compares outputs from a plurality of high-pass filters (HPF1 to HPFn) of the HPF unit 104, and gives a weight coefficient ( w1 to wn) are calculated.
  • the weighting coefficient calculated by the weight calculation unit 107 is not only the output from the high-pass filters (HPF1 to HPFn), but also the low-pass filters (LPF1 to LPFn) corresponding to the respective high-pass filters. ) Is also integrated. That is, for example, the weighting factor w1 is integrated with both the output from the LPF1 and the output from the HPF1.
  • the result obtained by integrating the weighting coefficients is synthesized by the synthesis processing unit 108.
  • the processing result by the synthesis processing unit 108 is sent to the inverse ⁇ correction unit 106 and subjected to inverse ⁇ correction. With the above process, the sub-pixel rendering process is completed.
  • rendering can be performed without causing artifacts that cause image quality degradation, even for an image containing a large amount of high-frequency components, as compared to the second embodiment using a single low-pass filter output. There is an advantage that you can.
  • the input image has four colors and the output image has four colors has been described.
  • a block that converts an input image of three primary colors into four colors (three primary colors and another one color) is shown.
  • the image processing unit 200 may be added.

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Abstract

　３原色以外の色を含む４色以上のサブ画素から画素が構成された画像表示装置であって、偽色やアーティファクトが抑制された高品質な画像表示が可能な画像表示装置を提供する。複数の画素Ｐがマトリクス状に配置された画素領域を有し、前記画素Ｐのそれぞれがｍ（ｍは４以上の整数）個のサブ画素ＳＰによって構成される画像表示装置である。１画素を構成するｍ個のサブ画素ＳＰの色を、Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍと表した場合、前記画素領域において、任意の位置から連続するｍ個のサブ画素ＳＰが、垂直方向および水平方向のいずれにおいても、前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍの色を全て含む。

Description

画像表示装置
　本発明は、画像表示装置に関し、特に、３原色以外の少なくとも１色を含む４色以上のサブ画素から１画素が構成されている画像表示装置に関する。
　従来、光の３原色である赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）を表示する３つのサブ画素によって１つの画素が構成されたカラー画像表示装置が広く用いられていた。また、最近は、表示可能な色の範囲（色再現範囲）を広げて、様々な物体色（自然界に存在する様々な物体の色）を表示できるようにするために、サブ画素の色数を増やす手法が提案されている。
　例えば、国際公開第２００６／０１８９２６号には、ＲＧＢの３原色以外の色をサブ画素に含む、いわゆる多原色画像表示装置が開示されている。この画像表示装置においては、ＲＧＢの３原色に加えて、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、またはイエロー（Ｙｅ）の少なくとも１色のサブ画素を含む合計４以上のサブ画素が、１画素を構成している。
　従来の多原色画像表示装置では、サブ画素の色数を増やすことにより、上述したとおり、様々な物体色を再現することが可能である。しかし、サブ画素の配置によっては、特に高周波数信号を含む入力画像を表示させる場合に、偽色やアーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ、原画像に存在しない画像）が発生するという問題がある。
　以下、上記の問題を鑑み、３原色以外の色を含む４色以上のサブ画素から画素が構成された画像表示装置であって、偽色やアーティファクトが抑制された高品質な画像表示が可能な画像表示装置を開示する。
　以下に開示する画像表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置された画素領域を有し、前記画素のそれぞれがｍ（ｍは４以上の整数）個のサブ画素によって構成される。また、この画像表示装置は、１画素を構成するｍ個のサブ画素の色を、Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍと表した場合、前記画素領域において、任意の位置から連続するｍ個のサブ画素が、垂直方向および水平方向のいずれにおいても、前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍの色を全て含む。
　上記の構成によれば、３原色以外の色を含む４色以上のサブ画素から画素が構成された画像表示装置であって、偽色やアーティファクトが抑制された高品質な画像表示が可能な画像表示装置を提供することができる。
図１は、第１の実施形態にかかる画像表示装置の表示領域における画素配置を示す模式図である。 図２は、第１の実施形態にかかる画像表示装置の表示領域における画素配置を示す模式図である。 図３は、従来のサブピクセルレンダリングにおける、画像処理の様子を示す模式図である。 図４は、高解像度入力画像の一例として、水平方向に最高周波数を有する画像の例を示す模式図である。 図５は、高解像度入力画像を、本実施形態の画像表示装置において、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。 図６は、比較例として、本実施形態の画像表示装置とはサブ画素の配列が異なる画像表示装置において、図４の高解像度入力画像を、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。 図７は、第２の実施形態にかかる画像表示装置の仮想画素グループの配置を示す模式図である。 図８は、第２の実施形態にかかる画像表示装置の仮想画素グループの配置を示す模式図である。 図９は、第２の実施形態にかかる画像表示装置においてサブピクセルレンダリングを行うための構成を示すブロック図である。 図１０は、図９に示すレンダリング処理部の内部構成を示すブロック図である。 図１１は、高解像度入力画像の一例として、水平方向に最高周波数を有する画像の例を示す模式図である。 図１２は、高解像度入力画像を、第２の実施形態の画像表示装置において、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。 図１３は、比較例として、第２の実施形態の画像表示装置とはサブ画素の配列が異なる画像表示装置において、図１１の高解像度入力画像を、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。 図１４は、第３の実施形態にかかる画像表示装置の表示領域における画素配置を示す模式図である。 図１５は、第３の実施形態にかかる画像表示装置の表示領域における画素配置を示す模式図である。 図１６Ａは、第１の実施形態の画素配列を示す模式図である。 図１６Ｂは、第１の実施形態の画素配列で色Ａ単色の画像を表示した様子を示す模式図である。 図１６Ｃは、第１の実施形態の画素配列でチェッカーパターンを表示した様子を示す模式図である。 図１７Ａは、第３の実施形態の画素配列を示す模式図である。 図１７Ｂは、第３の実施形態の画素配列で色Ａ単色の画像を表示した様子を示す模式図である。 図１７Ｃは、第３の実施形態の画素配列でチェッカーパターンを表示した様子を示す模式図である。 図１８は、第４の実施形態にかかる画像表示装置の表示領域における画素配置を示す模式図である。 図１９は、第４の実施形態にかかる画像表示装置の表示領域における画素配置を示す模式図である。 図２０は、高解像度入力画像の一例として、水平方向に最高周波数を有する画像の例を示す模式図である。 図２１は、高解像度入力画像を、第４の実施形態の画像表示装置において、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。 図２２は、比較例として、第４の実施形態の画像表示装置とはサブ画素の配列が異なる画像表示装置において、図２０の高解像度入力画像を、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。 図２３は、第４の実施形態の変形例であって、画素領域の単位画素群におけるサブ画素の配列を示す模式図である。 図２４は、第４の実施形態の変形例であって、画素領域の単位画素群におけるサブ画素の配列を示す模式図である。 図２５は、第４の実施形態の変形例であって、画素領域の単位画素群におけるサブ画素の配列を示す模式図である。 図２６は、第５の実施形態にかかる画像表示装置においてサブピクセルレンダリングを行うための構成を示すブロック図である。 図２７は、図２６に示すレンダリング処理部の内部構成を示すブロック図である。
　本発明の一実施形態にかかる画像表示装置は、複数の画素がマトリクス状に配置された画素領域を有し、前記画素のそれぞれがｍ（ｍは４以上の整数）個のサブ画素によって構成される。そして、１画素を構成するｍ個のサブ画素の色を、Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍと表した場合、前記画素領域において、任意の位置から連続するｍ個のサブ画素が、垂直方向および水平方向のいずれにおいても、前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍの色を全て含む構成である（第１の構成）。
　この構成において、１画素を構成するｍ個のサブ画素の色（Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍ）は、互いに異なる色であっても良いし、一部の色が重複していても良い。第１の構成によれば、画素領域において、任意の位置から連続するｍ個のサブ画素が、垂直方向および水平方向のいずれにおいても、前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍの色を全て含むことにより、偽色やアーティファクトを発生させることなく、高周波数信号の再現性を向上させることができる。
　第１の構成にかかる画像表示装置において、前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍのうち、相対的に高い輝度を持つグループに属する色のサブ画素が、前記画素領域において等間隔に配置されていることが好ましい（第２の構成）。この構成によれば、高周波数信号を忠実に再現することができる。
　第１の構成にかかる画像表示装置において、前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍのうち、相対的に高い輝度を持つグループに属する色のサブ画素が、前記画素領域において等間隔にならないよう配置されていることも好ましい（第３の構成）。この構成によれば、それぞれのサブ画素の配置がランダムになるので、サブ画素の配列が目立ちにくいという利点がある。
　第１～第３のいずれかの構成にかかる画像表示装置において、前記画素領域における画素数よりも高い解像度を有する画像を入力し、入力された画像の階調データを、対応するサブ画素へ割り当てる画像処理部を備えたことが好ましい（第４の構成）。このような画像処理は、サブピクセルレンダリングと呼ばれる。この構成によれば、画素領域の画素数よりも解像度の高い入力画像を、偽色やアーティファクトを発生させることなく表示することができる。
　第４の構成にかかる画像表示装置において、前記画像処理部が、入力された画像が、特定の方向に高周波数信号を有するか否かを判断する高周波信号抽出部と、高周波数信号を有すると判断された方向の解像度を保持するように、入力された画像の階調データをサブ画素へ割り当てるレンダリング処理部とを備えた構成とすることが好ましい（第５構成）。この構成によれば、画素領域の画素数よりも解像度の高い入力画像を、高周波数信号を含む方向の解像度を維持しつつ、偽色やアーティファクトを発生させることなく表示することができる。
　第５の構成にかかる画像表示装置において、前記高周波信号抽出部が複数のハイパスフィルタを備え、前記レンダリング処理部が、前記複数のハイパスフィルタの出力に基づいて、前記複数のハイパスフィルタの各々に対する重み計数を算出する重み算出部と、前記重み係数を前記複数のハイパスフィルタの各々からの出力に積算する積算部と、前記積算部による積算結果を合成する合成処理部とを備えた構成であることが好ましい（第６の構成）。
　また、第６の構成にかかる画像表示装置において、前記画像処理部が、前記高周波信号抽出部の複数のハイパスフィルタのそれぞれと対をなす複数のローパスフィルタをさらに備え、前記積算部が、前記重み係数を、前記複数のハイパスフィルタの各々からの出力と前記複数のローパスフィルタの各々からの出力とに積算する構成とすることが、さらに好ましい（第７の構成）。
　第１～第７のいずれかの構成にかかる画像表示装置において、ｍが４であることが好ましい（第８の構成）。特に、４個のサブ画素が、垂直方向に２個、水平方向に２個の配列で配置されていることが好ましい。
　また、第１～第７のいずれかの構成にかかる画像表示装置において、ｍが６である構成も好ましい（第９の構成）。
　第１～第９のいずれかの構成にかかる画像表示装置において、前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍの色が、赤、緑、および青の三原色を含むことが好ましい（第１０の構成）。さらに、この第１０の構成にかかる画像表示装置において、前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍの色が、シアン、マゼンタ、黄、および白のうち少なくとも１色をさらに含むことが好ましい（第１１の構成）。
　なお、第１～第１１のいずれかの構成にかかる画像表示装置は、前記画素領域が形成された液晶パネルを備えた液晶表示装置として実施することが可能である。
　以下、図面を参照し、本発明のより具体的な実施形態について詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
　［第１の実施形態］
　本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置について以下に説明する。本実施形態にかかる画像表示装置は、例えば液晶表示装置として構成することが可能である。しかし、画像表示装置の種類は、液晶表示装置に限定されない。１画素が４個以上のサブ画素で構成され、サブ画素単位での表示制御が可能であることを条件として、任意の種類の画像表示装置によって本発明を実施することが可能である。
　図１は、第１の実施形態にかかる画像表示装置の表示領域における画素配置を示す模式図である。本実施形態の画像表示装置は、表示領域に複数の画素を有している。図１において、画素Ｐの境界を細い実線で示した。画素Ｐは、垂直方向２個、水平方向２個の、合計４個のサブ画素から構成されている。図１において、サブ画素ＳＰの境界を破線で示した。図１および以下の説明においては、サブ画素ＳＰの色を、４つの記号（Ａ，ｂ，Ｃ，ｄ）で表す。なお、図１において太い実線で囲まれた範囲は、後に説明するが、４つの画素Ｐで構成された単位画素群ＰＧを示す。
　サブ画素ＳＰの４色は、光の３原色として知られる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を含むことが好ましい。残りの１色としては、例えば、黄（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、または白（Ｗ）を用いることができる。あるいは、残りの１色も、三原色（Ｒ、Ｇ、またはＢ）から選んでも良い。あるいは、残りの１色を、輝度や彩度を異ならせた三原色（Ｒ、Ｇ、またはＢ）としても良い。ただし、サブ画素ＳＰの色は、ここに挙げた例に限定されず、画像表示装置が必要とする色再現範囲や表示しようとする物体色等に応じて、任意の組み合わせを採用することができる。なお、サブ画素の色は、液晶表示装置の場合、各サブ画素に積層されているカラーフィルタの色で決まる。
　なお、サブ画素ＳＰの４色（Ａ，ｂ，Ｃ，ｄ）のうち、大文字で表した色Ａおよび色Ｃは、色ｂおよび色ｄよりも相対的に輝度が高いグループである。例えば、サブ画素ＳＰの４色として、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｙｅを用いる場合、ＡとＣのグループに属するのは、ＧとＹｅであり、ｂとｄのグループに属するのは、ＲとＢである。
　また、図１に示すように、垂直方向２個、水平方向２個の合計４個の画素Ｐが、１つの単位画素群ＰＧを構成している。すなわち、第１の実施形態にかかる画像表示装置の表示領域には、単位画素群ＰＧが、垂直方向および水平方向に繰り返し配置されている。
　ここで、単位画素群ＰＧを構成する４つの画素を、図１に示すように、画素Ｐ１～Ｐ４と表す。単位画素群ＰＧ１を構成する画素Ｐ１～Ｐ４のうち、互いに対角線方向に位置する画素Ｐ１と画素Ｐ３は、サブ画素の配置が同じである。同様に、画素Ｐ２と画素Ｐ４も、サブ画素の配置が同じである。
　画素Ｐ１および画素Ｐ３においては、左上から時計回りに、色Ａ，ｂ，Ｃ，ｄのサブ画素が配置されている。画素Ｐ２および画素Ｐ４においては、左上から時計回りに、色Ｃ，ｄ，Ａ，ｂのサブ画素が配置されている。
　サブ画素が上記の配置をとることにより、図２に示すように、本実施形態にかかる画像表示装置では、任意の位置から連続する４つのサブ画素が、垂直方向および水平方向のいずれにおいても、必ずＡ，ｂ，Ｃ，ｄの４色を含むこととなる。また、垂直方向と水平方向のいずれにおいても、色Ａと色Ｃとが隣り合うことがない。このように、比較的輝度の高い色Ａ，Ｃが等間隔に配置されていることにより、高周波数信号の忠実な再現に有効であるという利点がある。
　このようにサブ画素が配置されたことにより、本実施形態の画像表示装置においては、高周波数信号の忠実な再現が可能となる。なお、本実施形態の画像表示装置は、特に、いわゆるサブピクセルレンダリングによって高解像度画像を表示する場合に、高周波信号のより忠実な再現が可能であるという効果を顕著に奏する。サブピクセルレンダリングとは、表示装置の持つ画素数以上の解像度を持つ画像を表示する方法である。サブピクセルレンダリング処理は、画像表示装置が有する画像処理部によって実行される。
　図３は、サブピクセルレンダリングにおける、画像処理の様子を示す模式図である。図３の例は、Ａ，ｂ，Ｃ，ｄの４色の、垂直方向Ｖ画素、水平方向Ｈ画素の画像データが入力された場合に、これを垂直方向（Ｖ／２）画素、水平方向（Ｈ／２）画素の画像表示装置において表示する例である。図３に示すように、画像表示装置のサブピクセルＳＰ１～ＳＰ４に対して、入力画像データの垂直方向２画素、水平方向２画素の合計４画素のうち各サブピクセルに対応する位置にある画素から、各サブピクセルと同じ色の階調データを供給する。
　すなわち、画素Ｐにおいて左上に位置するサブピクセルＳＰ１は、色Ａを表示するサブピクセルであるので、入力画像の４画素のうち左上に位置する画素の色Ａの階調データを、サブピクセルＳＰ１へ供給する。同様に、画素Ｐにおいて右上に位置する色ｂのサブピクセルＳＰ２へは、入力画像の４画素のうち右上に位置する画素の色ｂの階調データが供給される。画素Ｐにおいて右下に位置する色ＣのサブピクセルＳＰ３へは、入力画像の４画素のうち右下に位置する画素の色Ｃの階調データが供給される。画素Ｐにおいて左下に位置する色ＣのサブピクセルＳＰ４へは、入力画像の４画素のうち左下に位置する画素の色ｄの階調データが供給される。
　以上のサブピクセルレンダリング処理により、Ｖ×Ｈ画素の解像度を持つ入力画像を、その１／４の解像度の（Ｖ／２）×（Ｈ／２）画素の表示装置において表示することができる。
　ここで、サブピクセルレンダリングを行う場合の本実施形態の効果について、図４～図６を参照しながら説明する。図４は、高解像度入力画像の一例として、水平方向に最高周波数を有する画像（垂直方向に平行に１画素おきに白黒を表示するストライプ画像）の例を示す模式図である。なお、図４において、ハッチングを付した領域が、黒表示箇所である。以降、他の図面においても同様である。図５は、この高解像度入力画像を、本実施形態の画像表示装置において、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。図６は、比較例として、本実施形態の画像表示装置とはサブ画素の配列が異なる画像表示装置において、図４の高解像度入力画像を、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。
　本実施形態の画像表示装置は、図４に示す入力画像が与えられた場合、図５に示すように、サブピクセルレンダリングにより、１画素を構成する４個のサブ画素のうち、左上と左下のサブ画素が最高階調レベルを表示し、右上と右下のサブ画素が最低階調レベルを表示する。したがって、垂直方向には、色Ａ，ｄ，Ｃ，ｂが周期的に表れる。これにより、人間の眼には、縦線は、色Ａ，ｄ，Ｃ，ｂが混合されて見えるので、白線として認識され、偽色は発生しない。
　一方、比較例にかかる画像表示装置は、図４に示す入力画像が与えられた場合、図６に示すように、垂直方向には、色Ａと色ｄのみが交互に表れる。この場合、縦線は色Ａと色ｄの混合色として認識されるので、白線とはならず、偽色が発生する。
　したがって、図５と図６とを比較することから明らかなとおり、本実施形態の画像表示装置によれば、高周波信号を有する画像を表示する際に、偽色が発生しないという優れた効果が得られる。なお、この効果は、垂直方向に最高周波数信号を有する画像が入力された場合も、同様に得られる。
　［第２の実施形態］
　図７および図８は、第２の実施形態にかかる画像表示装置の仮想画素グループの配置を示す模式図である。本実施形態にかかる画像表示装置は、サブピクセルレンダリングの方法が、第１の実施形態とは異なっている。
　すなわち、本実施形態においては、水平解像度および垂直解像度のどちらか一方を、入力画像の解像度のままに保って表示させることができる。図７は、水平解像度を入力画像の解像度のままに保つ場合の、仮想画素の構成を示す模式図である。図８は、垂直解像度を入力画像の解像度のままに保つ場合の、仮想画素の構成を示す模式図である。
　図７の例では、垂直方向に連続する色ｄ，Ｃ，ｂの３つのサブ画素で構成される仮想画素ＶＰ１と、同じく垂直方向に連続する色ｂ，Ａ，ｄの３つのサブ画素で構成される仮想画素ＶＰ２との２種類の仮想画素に、入力画像をレンダリングする。図８の例では、水平方向に連続する色ｄ，Ｃ，ｂの３つのサブ画素で構成される仮想画素ＶＰ１と、同じく水平方向に連続する色ｂ，Ａ，ｄの３つのサブ画素で構成される仮想画素ＶＰ２との２種類の仮想画素に、入力画像をレンダリングする。なお、ここでは、水平解像度または垂直解像度を保持するための２種類の仮想画素配置を例示した。しかし、これら以外に、斜め方向の解像度を保持するための仮想画素配置を採用することも可能である。
　図９は、本実施形態にかかる画像表示装置においてサブピクセルレンダリングを行う構成を示すブロック図である。図９に示すように、本実施形態にかかる画像表示装置は、４色の入力画像（Ｖ×Ｈ画素）を入力し、（Ｖ／２）×（Ｈ／２）の画素領域に表示するための画像を出力する画像処理部１００を備えている。
　画像処理部１００は、γ補正部１０１、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０２、輝度変換部１０３、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）部１０４、レンダリング処理部１０５、および、逆γ補正部１０６を備えている。
　入力された画像信号は、γ補正部１０１でγ補正処理を施される。γ補正処理を施された画像信号は、ＬＰＦ１０２と、輝度変換部１０３とへそれぞれ送られる。ＬＰＦ１０２は、入力画像信号から低域成分を抽出する。ここで、抽出された低域成分には、色成分が含まれる。抽出された低域成分は、レンダリング処理部１０５へ送られる。輝度変換部１０３は、４色の入力画像信号を輝度信号に変換し、ＨＰＦ部１０４へ送る。
　ＨＰＦ部１０４は、複数のハイパスフィルタ（ＨＰＦ１～ＨＰＦｎ：ｎは２以上の整数）を備え、水平方向、垂直方向、斜め方向などの複数の方向における高周波成分を、入力画像信号から抽出する。なお、本実施形態の場合は、ｎ＝２とし、水平方向と垂直方向の２方向における高周波成分を抽出すれば良い。入力画像信号において、特定の方向の高周波成分が多い場合、その方向に対応するハイパスフィルタの出力絶対値が大きくなる。そのため、ＨＰＦ部１０４における複数のハイパスフィルタの出力を比較することにより、どの方向の高周波成分が多く含まれているか、言い換えれば、どの方向の画像再現を重視するべきかを判断することができる。
　レンダリング処理部１０５では、ＨＰＦ部１０４における各ハイパスフィルタの出力絶対値の大きさに応じて、仮想画素に対する輝度信号の割り当てを行う。例えば、本実施形態の場合、ＨＰＦ１が垂直方向、ＨＰＦ２が水平方向の高周波成分をそれぞれ抽出するものとする。例えば、ＨＰＦ１の出力絶対値が、ＨＰＦ２の出力絶対値よりも大きい場合は、入力画像の垂直方向に高周波成分が多く含まれているものと判断される。この場合、レンダリング処理部１０５は、図８に示した仮想画素グループが実現されるように、輝度信号の割り当てを行う。逆に、ＨＰＦ２の出力絶対値が、ＨＰＦ１の出力絶対値よりも大きい場合は、入力画像の水平方向に高周波成分が多く含まれているものと判断される。この場合、レンダリング処理部１０５は、図７に示した仮想画素グループが実現されるように、輝度信号の割り当てを行う。
　図１０は、レンダリング処理部１０５の内部構成を示すブロック図である。図１０に示すように、レンダリング処理部１０５は、重み算出部１０７を有する。重み算出部１０７は、ＨＰＦ部１０４の複数のハイパスフィルタ（ＨＰＦ１～ＨＰＦｎ）からの出力を比較し、これらのハイパスフィルタからの出力へ与える重み係数（ｗ１～ｗｎ）を算出する。
　重み算出部１０７で算出された重み係数は、各ハイパスフィルタからの出力と積算される。ＬＰＦ１０２からの出力（色成分を含む低域側の信号）には、縮小処理部１０９において縮小処理が施される。そして、その結果と、ハイパスフィルタからの出力に重み係数を積算した結果とが、合成処理部１０８において合成される。合成処理部１０８による処理結果は、逆γ補正部１０６へ送られ、逆γ補正が施される。以上の処理により、サブピクセルレンダリング処理が完了する。
　なお、本実施形態においては、入力画像が４色、出力画像も４色である処理例を示したが、３原色の入力画像を４色（３原色と他の１色）へ変換するブロックを、画像処理部１００に追加しても良い。
　ここで、本実施形態にかかる画像表示装置の効果について、図１１～図１３を参照しながら説明する。図１１は、高解像度入力画像の一例として、水平方向に最高周波数を有する画像の例を示す模式図である。なお、図１１において、密な斜線のハッチングで示した箇所は黒表示箇所であり、疎らなハッチングで示した箇所は中間調表示箇所である。図１２は、この高解像度入力画像を、本実施形態の画像表示装置において、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。図１３は、比較例として、本実施形態の画像表示装置とはサブ画素の配列が異なる画像表示装置において、図１１の高解像度入力画像を、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。
　本実施形態の画像表示装置は、図１１に示す入力画像が与えられた場合、図１２に示すように、垂直方向には、色Ａ，ｄ，ｂが周期的に表れる。これにより、人間の眼には、縦線は、色Ａ，ｄ，ｂが混合されて見えるので、偽色は発生しない。
　一方、比較例にかかる画像表示装置は、図１１に示す入力画像が与えられた場合、図１３に示すように、垂直方向には、色Ａと色ｄのみが交互に表れる。この場合、縦線は色Ａと色ｄの混合色として認識されるので、偽色が発生する。
　したがって、図１２と図１３とを比較することから明らかなとおり、本実施形態の画像表示装置によれば、高周波信号を有する画像を表示する際に偽色が発生しない、という優れた効果が得られる。
　また、本実施形態の画像表示装置においては、垂直方向および水平方向のいずれにおいて高周波数成分が多いかを検出し、高周波数成分が多い方向の画素数を保持するようにサブピクセルレンダリングを行う。また、図７および図８に示したように、３つのサブ画素によって構成される仮想画素へレンダリングを行うので、高周波数成分が少ない方向においても、画素数相当の解像度が表現できる。
　［第３の実施形態］
　第３の実施形態にかかる画像表示装置は、サブ画素の配列が、第１の実施形態にかかる画像表示装置とは異なる。
　図１４および図１５は、本実施形態にかかる画像表示装置の表示領域における画素配置を示す模式図である。図１４および図１５に示すように、本実施形態にかかる画像表示装置は、１つの画素Ｐが４つのサブ画素ＳＰで構成されており、４つの画素Ｐが単位画素群ＰＧを構成している点においては、第１の実施形態と同じである。
　ただし、本実施形態にかかる画像表示装置は、単位画素群ＰＧに含まれる４つの画素におけるサブ画素の配置が互いに異なっている点で、第１の実施形態とは相違する。すなわち、図１に示したとおり、第１の実施形態においては、単位画素群ＰＧに含まれる画素Ｐ１～Ｐ４のうち、対角線方向に位置する画素Ｐ１と画素Ｐ３はサブ画素の配列が同じであった。また、画素Ｐ２と画素Ｐ４も、サブ画素の配列が同じであった。
　これに対して、本実施形態においては、図１４に示すように、画素Ｐ１は、左上から時計回りに、色Ａ，ｂ，Ｃ，ｄのサブ画素が配置され、画素Ｐ２は、左上から時計回りに、色Ｃ，ｄ，Ａ，ｂのサブ画素が配置されている。画素Ｐ３は、左上から時計回りに、色ｄ，Ｃ，ｂ，Ａのサブ画素が配置され、画素Ｐ４は、左上から時計回りに、色ｂ，Ａ，ｄ，Ｃのサブ画素が配置されている。すなわち、本実施形態においては、第１の実施形態とは異なり、輝度の高いサブピクセル（色Ａ，Ｃ）が等間隔に分布していない。
　なお、この配列により、図１５に示すように、任意の位置から連続する４つのサブ画素が、垂直方向および水平方向のいずれにおいても、必ずＡ，ｂ，Ｃ，ｄの４色を含むこととなる。
　さらに、図１と図１４とを比較することから分かるように、図１の配列では、色Ａのサブ画素と色Ｃのサブ画素とが斜め方向（左下がり方向）に連続して配置されているが、図１４の配列では、斜め方向においても、色Ａも色Ｃも連続していない。また、図１の配列では、色ｂのサブ画素と色ｄのサブ画素とが右下がり方向に連続して配置されているが、図１４の配列では、斜め方向においても、色ｂも色ｄも連続していない。
　これにより、以下のような効果が得られる。例えば、図１６Ａ～図１６Ｃは、第１の実施形態の画素配列と、この画素配列で色Ａ単色の画像を表示した様子と、チェッカーパターンを表示した様子とをそれぞれ示す模式図である。図１７Ａ～図１７Ｃは、第３の実施形態の画素配列と、この画素配列で色Ａ単色の画像を表示した様子と、チェッカーパターンを表示した様子とをそれぞれ示す模式図である。
　図１６Ｂと図１７Ｂとを比較することから分かるように、第１の実施形態の画素配列では、色Ａのサブ画素が規則正しく配列しているので、色Ａの単色画像を表示させた場合、色Ａのサブ画素のライン状配列が目立ってしまうという点で不利である。このようなライン状配列は、アーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ、原画像に存在しない画像）として知覚されやすい。一方、本実施形態の画素配列では、色Ａのサブ画素は、第１の実施形態に比較するとランダムに配置されているので、アーティファクトが知覚されにくい。
　また、図１６Ｃと図１７Ｃとを比較することから分かるように、第１の実施形態の画素配列では、チェッカーパターンを表示させた場合、色Ａと色Ｃのサブ画素のみに高階調データが供給され、偽食が発生するという点で不利である。一方、本実施形態の画素配列では、色Ａ，ｂ，Ｃ，ｄのサブ画素が、第１の実施形態に比較するとランダムに配置されているので、チェッカーパターンを表示させた場合も、色Ａ，ｂ，Ｃ，ｄの４色の全てが表示される。したがって、特定の色のサブ画素パターンが目立つことはなく、偽色は発生しない。
　［第４の実施形態］
　図１８および図１９は、第４の実施形態にかかる画像表示装置の表示領域における画素配置を示す模式図である。図１８および図１９に示すように、本実施形態にかかる画像表示装置は、１つの画素Ｐが６つのサブ画素ＳＰで構成されており、６つの画素Ｐが単位画素群ＰＧを構成している点において、第１の実施形態と異なっている。
　本実施形態において、１つの単位画素群ＰＧは、左上から時計回りに、画素Ｐ１～Ｐ６から構成されている。画素Ｐ１は、左上から時計回りに、色Ａ，ｂ，Ｃ，ｆ，Ｅ，ｄの６個のサブ画素から構成されている。画素Ｐ２は、左上から時計回りに、色ｄ，Ｅ，ｆ，Ｃ，ｂ，Ａの６個のサブ画素から構成されている。画素Ｐ３は、左上から時計回りに、色ｆ，Ａ，ｂ，Ｅ，ｄ，Ｃの６個のサブ画素から構成されている。画素Ｐ４は、左上から時計回りに、色ｂ、Ｃ，ｄ，Ａ，ｆ，Ｅの６個のサブ画素から構成されている。画素Ｐ５は、左上から時計回りに、色Ｅ，ｆ，Ａ，ｄ，Ｃ，ｂの６個のサブ画素から構成されている。画素Ｐ６は、左上から時計回りに、色Ｃ，ｄ，Ｅ，ｂ，Ａ，ｆの６個のサブ画素から構成されている。
　なお、サブ画素の６色である色Ａ，ｂ，Ｃ，ｄ，Ｅ，ｆのうち、色Ａ，Ｃ，Ｅは、色ｂｄ，ｆよりも輝度が高い色のグループである。色Ａ，ｂ，Ｃ，ｄ，Ｅ，ｆは、光の３原色として知られる赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を含むことが好ましい。残りの３色としては、例えば、黄（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、または白（Ｗ）を用いることができる。あるいは、残りの３色も、三原色（Ｒ、Ｇ、またはＢ）から選んでも良い。あるいは、残りの３色を、輝度や彩度を異ならせた三原色（Ｒ、Ｇ、またはＢ）から選んでも良い。例えば、サブ画素ＳＰの４色として、Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｙｅ，Ｃｙ，Ｍｇを用いる場合、Ａ，Ｃ，Ｅのグループに属するのは、ＧとＹｅとＣｙであり、ｂ，ｄ，ｆのグループに属するのは、ＲとＢとＭｇである。
　ただし、サブ画素ＳＰの色は、ここに挙げた例に限定されず、画像表示装置が必要とする色再現範囲や表示しようとする物体色等に応じて、任意の組み合わせを採用することができる。なお、サブ画素の色は、液晶表示装置の場合、各サブ画素に積層されているカラーフィルタの色で決まる。
　なお、上記の配列により、図１９に示すように、任意の位置から連続する６つのサブ画素が、垂直方向および水平方向のいずれにおいても、必ずＡ，ｂ，Ｃ，ｄ，Ｅ，ｆの６色を含むこととなる。また、垂直方向と水平方向のいずれにおいても、比較的輝度が高いグループに属する色Ａと色Ｃと色Ｅとが互いに隣り合うことがない。さらに、比較的輝度が高い色Ａ，Ｃ，Ｅが等間隔に分布している。これは、高周波数信号の忠実な再現に有効である。
　ここで、上記の配列による効果について、図２０～図２２を参照しながら説明する。図２０は、高解像度入力画像の一例として、水平方向に最高周波数を有する画像の例を示す模式図である。図２１は、この高解像度入力画像を、本実施形態の画像表示装置において、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。図２２は、比較例として、本実施形態の画像表示装置とはサブ画素の配列が異なる画像表示装置において、図２０の高解像度入力画像を、サブピクセルレンダリングによって表示した場合の様子を示す模式図である。
　本実施形態の画像表示装置は、図２０に示す入力画像が与えられた場合、図２１に示すように、垂直方向に連続する６色として、サブ画素の６色のすべてが表れる。これにより、人間の眼には縦線は白色に見え、偽色は発生しない。
　一方、比較例にかかる画像表示装置は、図２０に示す入力画像が与えられた場合、図２２に示すように、垂直方向には、色Ａと色ｄのみ、または、色Ｃと色ｆのみ、あるいは、色ｂと色Ｅのみが交互に表れる。この場合、縦線は色Ａと色ｄの混合色、または色Ｃと色ｆの混合色、あるいは、色ｂと色Ｅの混合色として認識され、偽色が発生する。
　したがって、図２１と図２２とを比較することから明らかなとおり、本実施形態の画像表示装置によれば、高周波信号を有する画像を表示する際に偽色が発生しない、という優れた効果が得られる。なお、この効果は、垂直方向に最高周波数信号を有する画像が入力された場合も、同様に得られる。
　また、本実施形態の変形例として、画素領域の単位画素群におけるサブ画素の配列を、図２３～図２５に示すパターンとしても良く、上記と同様の効果が得られる。
　例えば、図２３の例は、図１８に示した単位画素群において、画素Ｐ３と画素Ｐ５における上下のサブ画素列を入れ替えたパターンである。すなわち、この例においては、画素Ｐ３は、左上から時計回りに、色Ｃ，ｄ，Ｅ，ｂ，Ａ，ｆの６個のサブ画素から構成されている。画素Ｐ５は、左上から時計回りに、色ｆ、Ａ，ｂ，Ｅ，ｄ，Ｃの６個のサブ画素から構成されている。
　図２４の例は、図１８に示した単位画素群の配列において、行方向と列方向とを入れ替えたパターンである。また、図２５の例は、図２４に示した単位画素群において、水平方向における真ん中の画素におけるサブ画素の左右を入れ替えたパターンである。
　図１８および図２４に示したパターンによれば、輝度が高い色のサブ画素（色Ａ，Ｃ，Ｅ）が等間隔に並んでいるので、高周波信号の忠実な再現に適するという利点がある。これに対して、図２３または図２５に示すように、輝度の高い色のサブ画素（色Ａ，Ｃ，Ｅ）の配置が等間隔ではないパターンによれば、偽色の発生をより効果的に抑制できる。
　［第５の実施形態］
　図２６は、本実施形態にかかる画像表示装置においてサブピクセルレンダリングを行うための構成を示すブロック図である。図２６に示すように、本実施形態にかかる画像表示装置は、４色の入力画像（Ｖ×Ｈ画素）を入力し、（Ｖ／２）×（Ｈ／２）の画素領域に表示するための画像を出力する画像処理部２００を備えている。
　画像処理部２００は、γ補正部１０１、輝度変換部１０３、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）部１０４、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）部２０４、レンダリング処理部２０５、および、逆γ補正部１０６を備えている。
　入力された画像信号は、γ補正部１０１でγ補正処理を施される。γ補正処理を施された画像信号は、ＬＰＦ部２０４と、輝度変換部１０３とへそれぞれ送られる。ＬＰＦ部２０４は、複数のローパスフィルタ（ＬＰＦ１～ＬＰＦｎ：ｎは２以上の整数）を備え、水平方向、垂直方向、斜め方向などの複数の方向における低周波成分を、入力画像信号から抽出する。たとえば、ｎ＝２とし、水平方向と垂直方向の２方向における低周波成分を抽出すれば良い。ここで、抽出された低域成分には、色成分が含まれる。抽出された低域成分は、レンダリング処理部２０５へ送られる。なお、輝度変換部１０３は、４色の入力画像信号を輝度信号に変換し、ＨＰＦ部１０４へ送る。
　ＨＰＦ部１０４は、ＬＰＦ部２０４のｎ個のローパスフィルタＬＰＦ１～ＬＰＦｎと同数のハイパスフィルタ（ＨＰＦ１～ＨＰＦｎ：ｎは２以上の整数）を備えている。これらのハイパスフィルタは、水平方向、垂直方向、斜め方向などの複数の方向における高周波成分を、入力画像信号から抽出する。入力画像信号において、特定の方向の高周波成分が多い場合、その方向に対応するハイパスフィルタの出力絶対値が大きくなる。そのため、ＨＰＦ部１０４における複数のハイパスフィルタの出力を比較することにより、どの方向の高周波成分が多く含まれているか、言い換えれば、どの方向の画像再現を重視するべきかを判断することができる。
　なお、ＬＰＦ部２０４とＨＰＦ部１０４とにおいて、ＨＰＦｘとＨＰＦｘ（ｘは１～ｎの整数）が対をなしている。ＬＰＦｘとＨＰＦｘとの組み合わせのインパルス応答がデルタ関数δ（単位インパルス応答）となるようにフィルタの組み合わせを利用することが望ましい。このようなフィルタの組み合わせを利用することで、アーティファクトを発生させる高域強調が行われず、入力信号の周波数成分を再現することができるからである。たとえば、５タップのＬＰＦｘが［ａ　ｂ　ｃ　ｄ　ｅ］で与えられる場合、ＬＰＦｘ＋ＨＰＦｘ＝［０　０　１　０　０］となるように、これに対応するＨＰＦｘを［－ａ　－ｂ　１－ｃ　－ｄ　－ｅ］とすることが好ましい。
　図２７は、レンダリング処理部２０５の内部構成を示すブロック図である。図２７に示すように、レンダリング処理部２０５の重み算出部１０７は、ＨＰＦ部１０４の複数のハイパスフィルタ（ＨＰＦ１～ＨＰＦｎ）からの出力を比較し、これらのハイパスフィルタからの出力へ与える重み係数（ｗ１～ｗｎ）を算出する。
　本実施形態のレンダリング処理部２０５においては、重み算出部１０７で算出された重み係数は、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ１～ＨＰＦｎ）からの出力だけでなく、それぞれのハイパスフィルタに対応するローパスフィルタ（ＬＰＦ１～ＬＰＦｎ）の出力にも積算される。すなわち、たとえば、ＬＰＦ１からの出力とＨＰＦ１からの出力との両方に、重み係数ｗ１が積算される。重み係数が積算された結果は、合成処理部１０８において合成される。合成処理部１０８による処理結果は、逆γ補正部１０６へ送られ、逆γ補正が施される。以上の処理により、サブピクセルレンダリング処理が完了する。
　以上の処理により、単一のローパスフィルタ出力を用いる第２の実施形態に比較して、高周波成分を多く含む画像に対しても、画質劣化の原因となるアーティファクトを生じずにレンダリングを行うことができる、という利点がある。
　なお、本実施形態においては、入力画像が４色、出力画像も４色である処理例を示したが、３原色の入力画像を４色（３原色と他の１色）へ変換するブロックを、画像処理部２００に追加しても良い。
　以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で、上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

Claims (12)

  1. 　複数の画素がマトリクス状に配置された画素領域を有し、前記画素のそれぞれがｍ（ｍは４以上の整数）個のサブ画素によって構成される画像表示装置であって、
    　１画素を構成するｍ個のサブ画素の色を、Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍと表した場合、
    　前記画素領域において、任意の位置から連続するｍ個のサブ画素が、垂直方向および水平方向のいずれにおいても、前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍの色を全て含む、画像表示装置。
  2. 　前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍのうち、相対的に高い輝度を持つグループに属する色のサブ画素が、前記画素領域において等間隔に配置されている、請求項１に記載の画像表示装置。
  3. 　前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍのうち、相対的に高い輝度を持つグループに属する色のサブ画素が、前記画素領域において等間隔にならないよう配置されている、請求項１に記載の画像表示装置。
  4. 　前記画素領域における画素数よりも高い解像度を有する画像を入力し、入力された画像の階調データを、対応するサブ画素へ割り当てる画像処理部を備えた、請求項１～３のいずれか一項に記載の画像表示装置。
  5. 　前記画像処理部が、
    　入力された画像が、特定の方向に高周波数信号を有するか否かを判断する高周波信号抽出部と、
    　高周波数信号を有すると判断された方向の解像度を保持するように、入力された画像の階調データをサブ画素へ割り当てるレンダリング処理部とを備えた、請求項４に記載の画像表示装置。
  6. 　前記高周波信号抽出部が複数のハイパスフィルタを備え、
    　前記レンダリング処理部は、
    　前記複数のハイパスフィルタの出力に基づいて、前記複数のハイパスフィルタの各々に対する重み計数を算出する重み算出部と、
    　前記重み係数を前記複数のハイパスフィルタの各々からの出力に積算する積算部と、
    　前記積算部による積算結果を合成する合成処理部とを備えた、請求項５に記載の画像表示装置。
  7. 　前記画像処理部が、前記高周波信号抽出部の複数のハイパスフィルタのそれぞれと対をなす複数のローパスフィルタをさらに備え、
    　前記積算部が、前記重み係数を、前記複数のハイパスフィルタの各々からの出力と前記複数のローパスフィルタの各々からの出力とに積算する、請求項６に記載の画像表示装置。
  8. 　ｍが４である、請求項１～７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
  9. 　ｍが６である、請求項１～７のいずれか一項に記載の画像表示装置。
  10. 　前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍの色が、赤、緑、および青の三原色を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の画像表示装置。
  11. 　前記Ｃ１，Ｃ２，・・・，Ｃｍの色が、シアン、マゼンタ、黄、および白のうち少なくとも１色をさらに含む、請求項１０に記載の画像表示装置。
  12. 　前記画素領域が形成された液晶パネルを備えた、請求項１～１１のいずれか一項に記載の画像表示装置。
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